【三維設(shè)計】2014屆高三物理一輪 課時跟蹤檢測37 交變電流的產(chǎn)生及描述

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1、 課時跟蹤檢測(三十七)　交變電流的產(chǎn)生及描述 高考常考題型：選擇題＋計算題 1．(2012·北京高考)一個小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直流電源上，消耗電功率為P；若把它接在某個正弦交流電源上，其消耗的電功率為。如果電熱器電阻不變，則此交流電源輸出電壓的最大值為(　　) A．5 V　　　　　　　　 B．5 V C．10 V D．10 V 2．(2012·廣東高考)某小型發(fā)電機產(chǎn)生的交變電動勢為e＝50 sin 100πt(V)。對此電動勢，下列表述正確的有(　　) A．最大值是50 V B．頻率是100 Hz C．有效值是25 V D．周期是0.02 s

2、3．(2012·寧波聯(lián)考)如圖1所示電路，電阻R1與電阻R2阻值相同，都為R，和R1并聯(lián)的D為理想二極管(正向電阻可看作零，反向電阻可看作無窮大)，在A、B間加一正弦交流電u＝20sin(100πt) V，則加在R2上的電壓有效值為(　　) A．10 V B．20 V 圖1 C．15 V D．5 V 4．(2012·全國高考)一臺電風扇的額定電壓為交流220 V。在其正常工作過程中，用交流電流表測得某一段時間內(nèi)的工作電流I隨時間t的變化如圖2所示。這段時間內(nèi)電風扇的用電量為(　　) 圖2 A．3.9×10－2度 B．5.5

3、×10－2度 C．7.8×10－2度 D．11.0×10－2度 5．(2012·福州質(zhì)檢)有一不動的矩形線圈abcd，處于范圍足夠大的可轉(zhuǎn)動的勻強磁場中，如圖3所示。該勻強磁場是由一對磁極N、S產(chǎn)生，磁極以O(shè)O′為軸勻速轉(zhuǎn)動。在t＝0時刻，磁場的方向與線圈平行，磁極N開始離開紙面向外轉(zhuǎn)動，規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正，則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時間t變化的圖線是(　　) 圖3 圖4 6．(2012·合肥模擬)一臺發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極，它們的表面呈半圓柱面形狀。M是圓柱形鐵芯，鐵芯外套有一矩形線圈，線圈繞鐵芯M中心的固定

4、轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場。若從圖示位置開始計時電動勢為正值，圖6中能正確反映線圈中感應(yīng)電動勢e隨時間t變化規(guī)律的是(　　) 圖5 圖6 7．(2012·河南聯(lián)考)一個100匝的矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢e隨時間t變化的關(guān)系如圖7所示，圖線為正弦曲線，那么(　　) 圖7 A．該交流電的電動勢有效值為220 V B．該交流電的電動勢有效值為110 V C．t＝1.5π s時，穿過線圈的磁通量變化率最大 D．穿過線圈的磁通量最大值為2.2 Wb 8.在垂直紙面向里的有界勻強磁場中放置了矩形線圈a

5、bcd。線圈cd邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合。線圈平面與磁場方向垂直。從t＝0時刻起，線圈以恒定角速度ω＝繞cd邊沿如圖8所示方向轉(zhuǎn)動，規(guī)定線圈中電流沿abcda方向為正方向，則從t＝0到t＝T時間內(nèi)，線圈中的電流i隨時間t變化關(guān)系圖象為(　　) 圖8 圖9 9．(2012·廣東調(diào)研)如圖10所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦交流電的圖象，當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法正確的是(　　) A．在圖中t＝0時刻穿過線圈的磁

6、通量均為零 圖10 B．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2 C．交流電a的瞬時值為u＝10 sin(5πt) V D．交流電b的最大值為 V 10.如圖11所示，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的矩形線圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場方向，線圈電阻為2 Ω。從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈轉(zhuǎn)過60°時的感應(yīng)電流為1 A。那么(　　) A．線圈消耗的電功率為4 W B．線圈中感應(yīng)電流的有效值為2 A 圖11 C．任意時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為e＝4cost D．任意時刻穿過線

7、圈的磁通量為Φ＝sint 11．(2013·鄭州模擬)如圖12甲所示，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場。已知線圈的匝數(shù)n＝100 匝，總電阻r＝1.0 Ω，所圍成矩形的面積S＝0.040 m2，小燈泡的電阻R＝9.0 Ω，磁感應(yīng)強度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達式為e＝nBmScos t，其中Bm為磁感應(yīng)強度的最大值，T為磁場變化的周期，不計燈絲電阻隨溫度的變化，求： 圖12 (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感應(yīng)強度變化的0～時間

8、內(nèi)，通過小燈泡的電荷量。 12.如圖13所示，勻強磁場B＝0.1 T，所用矩形線圈的匝數(shù)N＝100匝，邊長ab＝0.2 m，bc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動。當線圈平面通過中性面時開始計時，試求： (1)線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式。 (2)由t＝0至t＝過程中的平均電動勢的大小。 圖13 (3)該交變電流的電動勢有效值是多少？ 答 案 課時跟蹤檢測(三十七) 交變電流的產(chǎn)生及描述 1．選C　設(shè)該電熱器的電阻為R，題中正弦交流電源輸出電壓的有效值為U，則P/2＝U2/R；加直流電時

9、，P＝(10 V)2/R；又由最大值Um＝U，可解出Um＝10 V。故只有選項C正確。 2．選CD　最大值Em＝50 V，有效值為E＝＝25 V，頻率為50 Hz，周期為T＝＝0.02 s，所以C、D正確。 3．選D　由二極管的單項導(dǎo)電性可知，若二極管導(dǎo)通，加在R2上的電壓波形為半個周期最大值為20 V，若二極管截止，R1、R2串聯(lián)，則R2上的電壓半個周期最大值為10 V。由有效值的定義可得加在R2上的電壓有效值為5 V，選項D正確。 4．選B　根據(jù)電流的變化情況，分段計算求電功，W1＝I1Ut1＝0.3×220×10×60 J＝3.96×104 J，W2＝I2Ut2＝0.4×220×

10、10×60 J＝5.28×104 J，W3＝I3Ut3＝0.2×220×40×60 J＝1.056×105 J，則總功W＝W1＋W2＋W3＝1.98×105 J＝5.5×10－2度，選項B正確。 5．選C　磁極以O(shè)O′為軸勻速轉(zhuǎn)動可等效為磁場不動線圈向相反方向轉(zhuǎn)動，由右手定則可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為a→b→c→d→a；在t＝0時刻，磁場的方向與線圈平行，感應(yīng)電流最大，故選項C正確。 6．選D　由于磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場，線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動過程中，都垂直切割磁感線，所以能正確反映線圈中感應(yīng)電動勢e隨時間t變化規(guī)律的是圖D。 7．選BCD　該交流電的

11、電動勢最大值為220 V，有效值為110 V，選項A錯誤，B正確；由圖線可知，t＝1.5π s時，感應(yīng)電動勢最大，由法拉第電磁感應(yīng)定律，穿過線圈的磁通量變化率最大，選項C正確；由圖線可知ω＝1 rad/s，由Em＝NBSω＝220 V可知，穿過線圈的磁通量最大值為Φm＝BS＝Em/Nω＝2.2 Wb，選項D正確。 8．選B　在0～內(nèi)，線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，故產(chǎn)生正弦式交流電，由楞次定律知，電流方向為負值；在～T內(nèi)，線圈中無感應(yīng)電流；在T時，ab邊垂直切割磁感線，感應(yīng)電流最大，且電流方向為正值，故只有B項正確。 9．選BCD　t＝0時刻線圈處于中性面位置，穿過線圈的磁通量最大，A錯誤；由

12、題中圖象可知交流電a、b周期之比是2∶3，所以線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2，B正確；交流電a的瞬時值為u＝Umsin ωt＝10sin(t) V＝10sin (5πt) V，C正確；又由Um＝nBSω可知Ubm＝ Uam＝×10 V＝ V，D正確。 10．選AC　線圈轉(zhuǎn)動角速度ω＝，線圈平面從與磁場方向平行開始計時，當轉(zhuǎn)過60°時，電流的瞬時值表達式為i＝Im cos 60°＝1 A?Im＝2 A，正弦交變電流有效值I＝＝ A，B項錯；線圈消耗的功率P＝I2R＝4 W，A項正確；由歐姆定律可知，感應(yīng)電動勢最大值Em＝ImR＝4 V，所以瞬時值表達式為e＝4 cost，C項正確；通過線圈的磁通

13、量Φ＝Φmsin ωt＝Φmsint，由感應(yīng)電動勢的最大值Em＝BSω＝Φm×?Φm＝，解兩式得：Φ＝sint＝sint，D項錯。 11．解析：(1)由圖象知，線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T＝3.14×10－2 s，所以Em＝nBmSω＝＝8.0 V。 (2)電流的最大值Im＝＝0.80 A，有效值I＝＝ A，小燈泡消耗的電功率P＝I2R＝2.88 W。 (3)在0～時間內(nèi)，電動勢的平均值＝， 平均電流＝＝， 流過燈泡的電荷量Q＝Δt＝＝4.0×10－3 C。 答案：(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)4.0×10－3 C 12．解析：(1)感應(yīng)電動勢的瞬時值e＝NBSωsin ωt，由題可知： S＝a·b＝ 0.2×0.5 m2＝0.1 m2 Em＝NBSω＝100×0.1×0.1×100π V＝314 V， 所以e＝314sin 100πt V。 (2)用E＝N計算， t＝0至t＝過程中的平均電動勢 E＝N＝N＝ 即　E＝NBSω。 代入數(shù)值得E＝200 V。 (3)電動勢有效值E＝ 又Em＝NBSω 代入數(shù)據(jù)得E＝222 V。 答案：(1)e＝314sin 100πt V　(2)200 V　(3)222 V 6